Для чего используется вход dr в сдвиговом регистре
ElectronicsBlog
Обучающие статьи по электронике
Параллельные и последовательные регистры
Всем доброго времени суток! В прошлом посте я писал про триггеры, а сегодня практически продолжение этой темы – регистры. Почему продолжение? Потому что регистры (англ. Register) представляют собой несколько триггеров соединённых между собой различными способами.
Вообще регистров бывает два основных вида:
В обозначениях микросхем для регистров выделено суффикс ИР, например, К555ИР9, К555ИР27, К1533ИР35.
Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.
Параллельный регистр
Схема соединения триггеров в параллельном регистре
В данном типе регистров триггеры соединены параллельно, то есть каждый внутренний триггер имеет свой вход D и свой выход Q, которые не зависят от других триггеров, а также вход С, который называется тактовым входом и для всех входящих в регистр триггеров он является общим. Параллельные регистры бывают двух типов:
Наибольшее распространение получили тактируемые параллельные регистры.
Регистры, срабатывающие по фронту сигнала
Данные типы регистров практически ничем не отличаются от D триггеров. Напомню, что на выходе Q устанавливается такой уровень напряжения, который был на входе D, в момент положительного фронта тактового сигнала на входе С. Так как регистр состоит из нескольких D триггеров, то и количество (4,6,8,16) запоминаемых сигналов (бит) у регистра больше.
Параллельные регистры, срабатывающие по фронту импульса.
Большинство регистров восьмибитные и в основном различаются отсутствием или наличием инверсии сигнала на выходе, входом сброса (R), входом разрешения записи (WE), типом выходов (2C или 3C) и входом EZ. Таблицы истинности тактируемых регистров практически не отличаются от таблицы истинности D триггеров и имеют следующий вид
Таблица истинности регистра с входом разрешения записи WE
| Входы | Выход | ||
| WE | C | D | Q |
| 0 | 0→1 | 0 | 0 |
| 0 | 0→1 | 1 | 1 |
| 0 | 0 | X | Не меняется |
| 0 | 1 | X | Не меняется |
| 1 | X | X | Не меняется |
Основное применение регистры с тактируемым входом нашли в схемах где необходимо хранить некоторый код в течении необходимого времени, а по фронту импульса на тактовом входе С выдавать на выходы Q.
Регистры, срабатывающие по уровню сигнала
Данные типы регистров являются как бы гибридом между буфером и регистром (ещё такие регистры называют регистры-защёлки, англ. Latch). Принцип работы данных регистров состоит в следующем: когда на стробирующем входе высокий логический уровень, сигнал поступает с входов на выходы регистра, а если на стробирующем входе низкий уровень сигнала, регистр переходит в режим хранения последнего из пропущенных значений входного сигнала. Регистры-защелки не очень распространены из-за своего специфического характера работы, но в некоторых случаях удобнее, регистров срабатывающих по фронту сигнала на тактовом входе. Типичный представитель параллельных регистров срабатывающих по уровню стробирующего сигнала, является микросхема К555ИР22, которая представляет собой восьмиразрядный параллельный регистр, со стробирующим входом С и выходами с тремя состояниями (3С).
Регистр, срабатывающий по уровню входного стробирующего сигнала К555ИР22.
Таблица истинности стробируемого регистра
| Входы | Выход | ||
| EZ | C | D | Q |
| 0 | 1 | 1 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | X | Не меняется |
| 1 | X | X | X |
Данные типы регистров применяются в схемах, где необходимо запомнить на какое-то время входной сигнал, а всё остальное время транслировать на выход схемы входной сигнал. Данный функционал очень часто необходим, например, при построении устройств сопряжения с портами персонального компьютера. Стробируемый регистр продлевает на некоторое время входной код, а остальное время работает как буфер или повторитель.
Регистр сдвига (последовательный регистр)
Регистр сдвига или сдвиговый регистр (англ. Shift Register), представляет собой схему, в которой внутренние триггеры соединены последовательно. Схема работы сдвигового регистра заключается в следующем: по импульсу тактового сигнала происходит сдвиг на один разряд цифрового кода, который записан на входном выводе. У обычных сдвиговых регистров, сдвиг происходит от младших разрядов к старшим, но есть также и реверсивные сдвиговые регистры, у которых сдвиг идет, наоборот, от старших разрядов к младшим.
Схема сдвигового регистра от младших разрядов к старшим.
Большинство регистров сдвига имеют восемь разрядов, различаются режимами работы, режимами записи, чтения и сдвига, а также типом выходного каскада.
Регистры сдвига
Рассмотрим некоторые типы сдвиговых регистров. Первый из них это микросхема типа К555ИР8, которая представляет собой обычный регистр сдвига от младшего разряда к старшему. Она имеет два информационных входа объединённые по схеме 2И, вход сброса R, по отрицательному импульсу которого все выходы данного регистра устанавливаются в нуль. Сдвиг разрядов происходит по фронту импульса поступающего на тактовый вход регистра С.
Второй тип сдвигового регистра – это микросхема К555ИР9, как видно по изображению данной микросхемы она выполняет действия обратные микросхеме К555ИР8, то есть если ИР8 из последовательного кода преобразует в параллельный, то ИР9 преобразует входящий параллельный код в выходящий последовательный код. Микросхема К555ИР9 реализует следующий режим работы: при низком логическом уровне на входе разрешения записи WR происходит запись входного кода. Для осуществления сдвига необходимо перевести вход WR в высокий логический уровень и на один из тактовых входов С, объединённых по 2ИЛИ, подавать тактовые импульсы. Дополнительный информационный вход DR, позволяет с него записать информацию в младший разряд регистра сдвига.
И наконец, ещё один тип сдвигового регистра, которым является микросхема К555ИР13. Она является как бы объединением двух предыдущих регистров сдвига. Во-первых, данная микросхема имеет восемь параллельных входов и восемь параллельных выходов, причём сдвиг может осуществляться как в сторону увеличения разрядов (вход SR), так и в сторону уменьшения разрядов (вход SL) по фронту сигнала на входе С. При помощи информационных входов DR и DL есть возможность записать сигнал как в младший разряд так и в старший разряд. К555ИР13 является реверсивным регистром, Сдвиг битов от младшего разряда к старшему осуществляется по фронту сигнала на входе С при низком уровне на и высоком на SR входах, а в обратную сторону сдвиг идёт при единице на входе SL и нуле на входе SR. В случае же единичного уровня сигнала на входах SL и SR одновременно, данный регистр превращается в повторитель сигнала, то есть информация с входов микросхемы переносится на её выходы.
Главная сфера использования всех регистров сдвига является преобразование последовательного кода в параллельный код или из параллельного в последовательный, такая необходимость часто возникает, когда необходимо передать информацию на значительные расстояния, а вся обработка происходит параллельным кодом в микропроцессорных системах. Как известно быстрее всего обрабатывается информация в параллельном виде, а передавать на расстояния лучше всего в последовательном коде.
Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.
Последовательные (сдвиговые) регистры
Кроме параллельного соединения триггеров для построения регистров используются последовательноесоединение этих элементов.
Последовательный регистр (регистр сдвига или сдвиговый регистр) обычно служит для преобразования последовательного кода в параллельный и наоборот. Применение последовательного кода связано с необходимостью передачи большого количества двоичной информации по ограниченному количеству соединительных линий. При параллельной передаче разрядов требуется большое количество соединительных проводников. Если двоичные разряды последовательно бит за битом передавать по одному проводнику, то можно значительно сократить размеры соединительных линий на плате (и размеры корпусов микросхем).
Принципиальная схема последовательного (сдвигового) регистра, собранного на основе D триггеров и позволяющего осуществить преобразование последовательного кода в параллельный, приведена на рисунке 1. Обратите внимание, что если для параллельных регистров подходили как триггеры работающие по потенциалу (триггеры-защелки), так и триггеры, работающие по фронту, то для реализации последовательного (сдвигового) регистра подходят только D триггеры, работающие по фронту!
Рисунок 1. Схема последовательного (сдвигового) регистра
Внутри сдвигового регистра триггеры соединены последовательно, то есть выход первого соединён с входом второго и т.д. Условно-графическое изображение рассмотренного последовательного регистра приведено на рисунке 2.
Рисунок 2. Условно-графическое обозначение последовательного (сдвигового) регистра
Входы синхронизации в последовательных (сдвиговых) регистрах, как и в параллельных регистрах, объединяются. Это обеспечивает одновременность смены состояния всех триггеров, входящих в состав последовательного (сдвигового) регистра.
Преобразование последовательного кода в параллельный в последовательном (сдвиговом) регистре производится следующим образом. Отдельные биты двоичной информации последовательно подаются на вход сдвигового регистра D0. Каждый бит сопровождается отдельным тактовым импульсом синхронизации, который поступает на вход синхронизации последовательного регистра C.
После поступления первого тактового импульса логический уровень, присутствующий на входе D0, запоминается в первом триггере последовательного (сдвигового) регистра и поступает на его выход, а так как он соединён с входом второго триггера, то и на его вход. Если бы последовательный (сдвиговый) регистр был собран на D триггерах, работающих по потенциалу, то этот бит тут же записался во второй D триггер! В нашем случае этого не происходит, так как к этому моменту фронт на входе синхронизации C уже закончился.
После поступления второго тактового импульса логический уровень, присутствующий на входе второго триггера последовательного (сдвигового) регистра, запоминается в нем и поступает на его выход, а так как он соединён с входом третьего триггера, то и на его вход. Одновременно следующий бит входного последовательного кода запоминается в первом триггере последовательного (сдвигового) регистра.
После поступления четвертого тактового импульса в триггерах последовательного (сдвигового) регистра будут записаны логические уровни бит, которые последовательно присутствовали на его входе D0. Теперь этими битами можно воспользоваться, например, для отображения на индикаторах.
Пусть на вход последовательного (сдвигового) регистра поступает сигнал, временная диаграмма которого изображена на рисунке 3, тогда состояние выходов этого регистра будет последовательно принимать значения, записанные в таблице 1.
Рисунок 3. Временная диаграмма работы сдвигового регистра
На рисунке 3 вместе с логическими уровнями записываются значения бит, которые передаются по соединительной линии или присутствуют на выходах сдвигового регистра.
| № такта | 1 | 2 | 3 | 1 |
|---|---|---|---|---|
| Q0 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| Q1 | X | 1 | 0 | 1 |
| Q2 | X | X | 1 | 0 |
| Q3 | X | X | X | 1 |
В качестве примера реализации последовательного (сдвигового) регистра можно назвать отечественную микросхему 1564ИР1 или иностранную 74НС164.
Понравился материал? Поделись с друзьями!
1.3.3 Регистры.
дом импульса на входе С. Таким образом, основные свойства триггеров микросхем К155ТМ5 и ТМ7 следующие:
3) запоминается информация, имеющаяся на входе D перед спадом на входе С;
4) изменение информации на выходе может происходить в течение всего положительного импульса на входе С, если при этом меняется информация на входе D.
Эту разновидность D-триггера называют «D-триггером, тактируемым импульсом», «триггером-защелкой», «прозрачным» триггером, чтобы отличать ее от описанных выше D-триггеров ТМ2, которые можно назвать «D-триггерами, тактируемыми фронтом» или «синхронными D-триггерами».
Для того чтобы подчеркнуть различие между ними, приведем логику работы D-триггера, тактируемого фронтом импульса:
1) хранение информации осуществляется при подаче на вход С как лог. 0, так и лог. 1;
2) прямое прохождение сигнала на выход со входа D нет;
3) запоминается информация, имеющаяся на входе D перед фронтом импульса положительной полярности на входе С;
4) изменение информации на выходе может происходить только во
время фронта на входе С.
ния информации, содержащий шесть D-триггеров, по функционированию аналогичных триггерам микросхем ТМ2 и ТМ8.
Микросхему К555ИР8 удобно использовать для преобразования информации, поступающей в последовательном коде, в параллельный.
При подаче лог. 0 на вход R происходит установка триггеров регистра в 0. При лог. 1 на входе R режим работы определяется управляющими сигналами на входах SR и SL При лог. 1 на входе SR и лог. 0 на входе SL по спадам импульсов отрицательной полярности на входе С происходит последовательный прием информации с входа DR и сдвиг вправо. При лог. 1 на входе SL и лог. 0 на входе SR происходит прием информации с входа DL и сдвиг влево. При лог. 1 на обоих входа SR и SL по спаду импульса отрицательной полярности на входе С произойдет параллельная
Соединение микросхем ИР11 в многоразрядный реверсивный сдвигающий регистр проиллюстрировано на рис. 51.
в триггеры микросхемы. При лог. 0 на входе EL по спаду импульса отрицательной полярности на входе С произойдет запись информации с входов J и К в триггер с выходом 1 и сдвиг информации в остальных триггерах в сторону возрастания номеров выходов. Информация, которая будет записана в первый триггер, определяется состоянием входов J и К перед спадом импульса отрицательной полярности на входе С. Если объединить между собой входы J и К, будет записываться информация, имеющаяся на
Для построения сдвигающего регистра с числом разрядов более четырех достаточно соединить выходы четырех микросхем младших
разрядов с объединенными входами J и К микросхем следующих разрядов (рис. 53). Входы С, R, EL различных микросхем следует соединить между сбой.
Для построения реверсивного сдвигающего регистра выходы и информационные входы микросхем следует соединить между собой в соответствии с рис. 54, параллельная запись информации в такой регистр невозможна, а сигнал на входах EL микросхем будет определять направление сдвига.
При подаче на вход R лог. 0 происходит сброс всех триггеров счетчика независимо от состояния других входов. Любые другие изменения состояния регистра происходят лишь по спаду импульса отрицательной
Соединение микросхем К155ИР13 для увеличения разрядности проиллюстрировано на рис. 56.
Микросхема имеет два равноправных инверсных входа ЕО, собранных по И. Наличие лог. 1 на любом из этих входов переводит
Наличие двух входов разрешения записи и двух входов перевода в высокоимпедансное состояние позволяет легко организовать матричное управление большим числом микросхем. Например, два описываемых далее дешифратора ИД4 могут управлять по входам ЕО матрицей из 64 микросхем ИР15, в результате можно получить одновременный прием и запоминание 256 бит информации и последовательную передачу информации по 4 бита в необходимом порядке.
Управляя матрицей по входам EL, можно организовать последовательный прием информации
от различных источников и параллельную выдачу, если выходы микросхем не объединять.
При лог. 1 на входе EL спад импульса положительной полярности на входе С приводит к параллельной записи информации со входов
Подача лог. 0 на вход ЕО приводит к переводу выходов регистра в высокоимпедансное состояние, при котором сдвиг информации невозможен. Параллельная запись возможна как при лог. 0, так и при лог. 1 на входе ЕО.
Микросхема К555ИР16 по логике своей работы близка к микросхеме К155ИР1 и в ряде случаев может заменить ее без существенной переработки печатных плат, так как назначение выводов микросхем К555ИР16 и К155ИР1 совпадает, за исключением вывода 8.
Работа микросхемы проиллюстрирована на диаграммах C-DO рис. 61. При подаче на вход ER лог. 0 по спаду очередного импульса отрицательной полярности (импульс 0) происходит начальная установка
После записи информации со входа D в последний триггер регистра (с выходом 1) на выходе Р появляется лог. 0 и это состояние регистра фиксируется до появления лог. 0 на входе ER. Если вход ER соединить с выходом Р, появление лог. 0 на выходе Р по спаду очередного
тактового импульса (импульс 13 на рис. 61) приведет к установлению исходного состояния регистра аналогично импульсу 0. В результате микросхема будет повторять описанный выше цикл работы с периодом 13 тактов.
Так микросхема работает при лог. 0 на входе Е. Если на вход Е подать лог. 1, выходы 12-1 и Р переходят в состояние 1 и на сигналы на других входах не реагируют. Наличие входа Е позволяет соединять между собой микросхемы для получения регистров последовательного приближения на 24,36 и т. д. разрядов (рис. 62). Работа таких регистров аналогична работе одной микросхемы, а период при соединении выхода Р последней микросхемы с объединенными входами ER всех
микросхем составит 25,37 и т. д. тактов.
Микросхема позволяет использовать ее в качестве регистра последовательного приближения и с меньшим, чем на 12, числом разрядов, для чего для подачи сигнала на вход ER можно использовать его соединение с любым из выходов 1-11.
Если вход D подключить постоянно к источнику лог. 1, микросхему можно использовать как счетчик с дешифратором, на выходах которого поочередно на период тактовых импульсов появляется лог. 0. Коэффициент пересчета счетчика составит 13, он может быть и меньше при соединении входа ER с любым из выходов 11-1.
Работает АЦП следующим образом. Тактовый импульс 0 устанавливает, как уже указывалось, выход 12 микросхемы DD1 в 0, остальные
соединить с выходом ER, преобразование будет производиться циклически с периодом 13 тактов входных импульсов.
В процессе преобразования на выход D0 микросхемы выдается сдвинутая на один период входных импульсов информация со входа D, являющаяся последовательным кодом преобразованного входного напряжения.
Разрядность АЦП может быть уменьшена, если использовать вместо выхода Р любой из выходов 11-1, и увеличена, если микросхемы К155ИР17 соединить в соответствии с рис. 62 и использовать ПАП соответствующей разрядности.
Микросхему К155ИР17 можно использовать также и для других операций, производимых методом последовательных приближений. Например, при наличии цифрового умножителя кодов можно построить устройство, извлекающее квадратные корни или производящее деление одного цифрового кода на другой. Для извлечения квадратного корня микросхема выдает «пробное» значение корня 011. 1, которое с помощью цифрового умножителя кодов возводится в квадрат и цифровым компаратором сравнивается с кодом числа, из которого надо извлечь корень. Далее работа происходит аналогично работе АЦП, в результате чего на выходе можно получить код квадратного корня. Аналогично можно производить деление или определение кода обратного числа.
описываемой далее микросхеме КП13 (для КП13 запись происходит по спаду импульса положительной полярности), разводка выводов уних разная.
МикросхемаКР531ИР21 (рис. 66) не является регистром. Это комбинационная микросхема статического сдвигателя четырехразрядного кода, по логике функционирования она ближе всего к мультиплексорам. Микросхема имеет семь информационных входов D1-D7, два адресных 1 и 2 и вход разрешения Е. Выходы 1-4 выполнены с возможностью их перевода в высокоимпедансное состояние при подаче на вход Е лог. 1, выходы активны при лог. 0 на входе Е.
Регистры
Регистры (англ. register ) представляют собой, по сути, несколько D-триггеров (обычно от 4 до 16), соединенных между собой тем или иным способом. Поэтому принципиальной разницы между ними и отдельными D-триггерами не существует. Правда, триггеры, входящие в состав регистров, не имеют такого количества разнообразных управляющих входов, как одиночные триггеры.
На схемах регистры обозначаются буквами RG. В отечественных сериях микросхем регистрам соответствуют буквы ИР. Все регистры делятся на две большие группы (рис. 8.1):
Существуют регистры и других типов, но они применяются гораздо реже, чем параллельные и сдвиговые, так как имеют узкоспециальное назначение.
Чаще всего в цифровых схемах используются регистры, управляемые фронтом (то есть тактируемые), однако и стробируемые регистры имеют свой круг задач, в которых их ничто не может заменить.
Регистры, срабатывающие по фронту
| Входы | Выходы | |||
|---|---|---|---|---|
| -WE | C | D | Q | |
| 0 | 0  1 | 0 | 0 | |
| 0 | 0 1 | 1 | 1 | |
| 0 | 0 | X | Не меняется | |
| 0 | 1 | Х | Не меняется | |
| 1 | Х | Х | Не меняется | |
| Входы | Выходы | |||
|---|---|---|---|---|
| -EZ | C | D | Q | |
| 0 | 0 1 | 0 | 0 | |
| 0 | 0 1 | 1 | 1 | |
| 0 | 0 | X | Не меняется | |
| 0 | 1 | Х | Не меняется | |
| 1 | Х | Х | Z | |
Все регистры, имеющие выход с тремя состояниями, обеспечивают повышенную нагрузочную способность. Задержка переключения регистров примерно соответствует задержке переключения триггеров. Все временные ограничения, накладываемые на входные сигналы в случае триггеров, справедливы и для входных сигналов регистров. Например, не должна быть слишком малой длительность сигнала С, а также не должна быть слишком малой задержка между установлением сигнала D и приходом положительного фронта сигнала С. Иначе работа регистра может быть нестабильной или даже неправильной.